基于光纖網(wǎng)絡(luò )的皮帶秤聯(lián)網(wǎng)系統的設計與實(shí)現

摘要：為了加強對煤礦各輸送皮帶產(chǎn)量的實(shí)時(shí)控制。實(shí)現遠程觀(guān)測與統計，設計了采用以太網(wǎng)光殲收發(fā)器為主要數據傳輸媒介的多臺智能型皮帶秤稱(chēng)重儀表的聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統。采用光纖進(jìn)行數據的遠距離傳輸，利用PC工控機和可視化編程軟件VB的網(wǎng)絡(luò )內核與智能型稱(chēng)重儀表進(jìn)行數據的實(shí)時(shí)傳輸及處理，同時(shí)還設計了界面友好的上位機控制軟件。用戶(hù)現場(chǎng)使用的情況表明，該系統運行穩定，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)光纖收發(fā)器；單模；ICS-XF配料秤儀表；ADAM-4520；VB網(wǎng)絡(luò )內核

山西汾西礦業(yè)集團下屬某有限公司屬?lài)写笮兔禾可a(chǎn)銷(xiāo)售企業(yè)，該公司共有8套基于51系列單片機的智能皮帶秤計量稱(chēng)重系統。這些皮帶秤的地理位量距離調度中心都在800 m左右，皮帶秤計量?jì)x表為智能型儀表，它可以實(shí)時(shí)顯示當前的皮帶瞬時(shí)產(chǎn)量、班產(chǎn)量、日產(chǎn)量和總累計量，但是這些數據必須有專(zhuān)人來(lái)定時(shí)的記錄到產(chǎn)量報襄中，因為除了總累計量外的數據都只保存24h。這種方式容易造成數據的人為誤差或者漏記產(chǎn)量，既浪費大量的人力又得不到好的工作成效。基于上述情況，建立了基于光纖網(wǎng)絡(luò )的皮帶秤稱(chēng)重聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統，重新設計了基于可視化編程語(yǔ)言VB的可與現場(chǎng)皮帶秤稱(chēng)重儀表進(jìn)行數據交換的遠程皮帶秤計量系統，全面解決了上述存在的問(wèn)題。

1 聯(lián)網(wǎng)方案
1．1 儀表通訊的必備知識
EIA RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )在1969年頒布的一種串行物理接口標準。RS(Recommended Standard)是英文“推薦標準”的縮寫(xiě)，232為標識號，C表示修改次數。RS-232C總線(xiàn)標準設有25條信號線(xiàn)，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線(xiàn)就可實(shí)現，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。RS-232C標準規定的數據傳輸速率為每秒150、300、600、1 200、2400、4800、9600、19 200波特。
RS-232是個(gè)人計算機上的通訊接口之一，是由電子工業(yè)協(xié)會(huì )EIA(Electronic Industry Association)所制定的異步傳輸標準接口。通常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的形態(tài)出現，一般個(gè)人計算機上會(huì )有兩組RS-232接口，分別稱(chēng)為COM1和COM2。
RS-232C標準規定，驅動(dòng)器允許有2 500 pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF／m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15 m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以?xún)鹊耐ㄐ拧?br /> 智能儀表是隨著(zhù)80年代初單片機技術(shù)的成熟而發(fā)展起來(lái)的，現在世界儀表市場(chǎng)基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數據模擬信號輸出簡(jiǎn)單過(guò)程量，后來(lái)儀表接口是RS-232接口，這種接口可以實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種不能實(shí)現聯(lián)網(wǎng)功能。RS-485總線(xiàn)的出現恰好解決了這個(gè)問(wèn)題，不僅可以實(shí)現智能儀表的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，而且通信距離可達幾十米到上千米，滿(mǎn)足數據聯(lián)網(wǎng)遠程傳輸的要求。
RS-485的電氣特性如下：邏輯“0”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為+(2-6)V表示；邏輯“1”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為-(2-6)V表示。接口信號電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。
RS-485的數據最高傳輸速率為10Mb／s；RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復：RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。
1．2 光纖收發(fā)器的相關(guān)知識
光纖收發(fā)器，是一種將短距離的雙絞線(xiàn)電信號和長(cháng)距離的光信號進(jìn)行互換的以太網(wǎng)傳輸媒體轉換單元，在很多地方也被稱(chēng)之為光電轉換器(Fiber Converter)。產(chǎn)品一般應用在以太網(wǎng)電纜無(wú)法覆蓋、必須使用光纖來(lái)延長(cháng)傳輸距離的實(shí)際網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，且通常定位于寬帶城域網(wǎng)的接入層應用；同時(shí)在幫助把光纖最后1 km線(xiàn)路連接到城域網(wǎng)和更外層的網(wǎng)絡(luò )上也發(fā)揮了巨大的作用。
光纖收發(fā)器的基本特點(diǎn)如下：提供超低延時(shí)的數據傳輸；對網(wǎng)絡(luò )協(xié)議完全透明；采用專(zhuān)用ASIC芯片實(shí)現數據線(xiàn)速轉發(fā)；機架型設備可提供熱插拔功能，便于維護和無(wú)間斷升級；可網(wǎng)管設備能提供網(wǎng)絡(luò )診斷、升級、狀態(tài)報告、異常情況報告及控制等功能，能提供完整的操作日志和報警日志；設備多采用1+1的電源設計，支持超寬電源電壓，實(shí)現電源保護和自動(dòng)切換；支持超寬的工作溫度范圍；支持齊全的傳輸距離(0～120 km)。
信息化建設的突飛猛進(jìn)，人們對于數據、語(yǔ)音、圖像等多媒體通信的需求日益旺盛，以太網(wǎng)寬帶接入方式因此被提到了越來(lái)越重要的位置。但是傳統的5類(lèi)線(xiàn)電纜只能將以太網(wǎng)電信號傳輸100 m，在傳輸距離和覆蓋范圍方面已不能適應實(shí)際網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的需要。與此同時(shí)，光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無(wú)中繼、傳輸距離長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應用，光纖收發(fā)器正是利用了光纖這一高速傳播介質(zhì)很好地解決了以太網(wǎng)在傳輸方面的問(wèn)題。光纖收發(fā)器的出現，將雙絞線(xiàn)電信號和光信號進(jìn)行相互轉換，確保了數據包在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )間順暢傳輸，同時(shí)它將網(wǎng)絡(luò )的傳輸距離極限從銅線(xiàn)的100 m擴展到100 km(單模光纖)。
1．3 儀表聯(lián)網(wǎng)硬件的設計與實(shí)現
從計量邏輯角度講，整個(gè)系統可以分為兩層：現場(chǎng)的計量稱(chēng)重設備級、調度中心業(yè)務(wù)級，屬于典型的C／S結構。另外，現場(chǎng)各皮帶秤所使用的智能儀表均為ICS-XF型皮帶秤專(zhuān)用儀表，此類(lèi)型的儀表可以通過(guò)串口進(jìn)行數據的傳輸與交換。該儀表支持串行通訊的傳輸方式有RS-232C和RS-485兩種。如果傳輸距離在15 m以?xún)?，則可以用RS-232C傳輸方式；否則，如果傳輸距離在1 000 m以?xún)?，則采用RS-485傳輸方式?，F場(chǎng)的各皮帶秤布局情況如下：8套皮帶秤的計量?jì)x表分別集中布置在兩個(gè)現場(chǎng)控制室內，兩個(gè)控制室之間的距離約800 m；而兩個(gè)控制室中距離調度室的最小距離約2 000 m。而客戶(hù)的要求是將現場(chǎng)各皮帶秤計量?jì)x表的效據準確地實(shí)時(shí)地傳輸到調度室的服務(wù)器電腦上。